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Phase‐Controlled Synthesis of Nickel‐Iron Nitride Nanocrystals Armored with Amorphous N‐Doped Carbon Nanoparticles Nanocubes for Enhanced Overall Water Splitting

材料科学 分解水 双功能 纳米颗粒 纳米晶 过电位 双金属片 无定形固体 氮化物 氮化碳 催化作用 化学工程 纳米技术 电催化剂 析氧 普鲁士蓝 氮化铁 石墨氮化碳 结晶学 金属 化学 电化学 物理化学 冶金 光催化 电极 生物化学 图层(电子) 工程类
作者
Mingyu Chen,Ying Li,Jiayao Fan,Bingxue Liu,Nai Shi,Yue Lin,Xianzeng Li,Weihua Song,Dongdong Xu,Xiangxing Xu,Min Han
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (34) 被引量:13
标识
DOI:10.1002/smll.202203042
摘要

Transition metal nitrides (TMNs) nanostructures possess distinctive electronic, optical, and catalytic properties, showing great promise to apply in clean energy, optoelectronics, and catalysis fields. Nonetheless, phase-regulation of NiFe-bimetallic nitrides nanocrystals or nanohybrid architectures confronts challenges and their electrocatalytic overall water splitting (OWS) performances are underexplored. Herein, novel pure-phase Ni2+x Fe2-x N nanocrystals armored with amorphous N-doped carbon (NC) nanoparticles nanocubes (NPNCs) are obtained by controllable nitridation of NiFe-Prussian-blue analogues derived oxides/NC NPNCs under Ar/NH3 atmosphere. Such Ni2+x Fe2-x N/NC NPNCs possess mesoporous structures and show enhanced electrocatalytic activity in 1 m KOH electrolyte with the overpotential of 101 and 270 mV to attain 10 and 50 mA cm-2 current toward hydrogen and oxygen evolution reactions, outperforming their counterparts (mixed-phase NiFe2 O4 /Ni3 FeN/NC and NiFe oxides/NC NPNCs). Remarkably, utilizing them as bifunctional catalysts, the assembled Ni2+x Fe2-x N/NC||Ni2+x Fe2-x N/NC electrolyzer only needs 1.51 V cell voltage for driving OWS to approach 10 mA cm-2 water-splitting current, exceeding their counterparts and the-state-of-art reported bifunctional catalysts-based devices, and Pt/C||IrO2 couples. Additionally, the Ni2+x Fe2-x N/NC||Ni2+x Fe2-x N/NC manifests excellent durability for OWS. The findings presented here may spur the development of advanced TMNs nanostructures by combining phase, structure engineering, and hybridization strategies and stimulate their applications toward OWS or other clean energy fields.
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